DE102020124188A1

DE102020124188A1 - Parksperre zum Feststellen eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuggetriebes, sowie Getriebe

Info

Publication number: DE102020124188A1
Application number: DE102020124188.7A
Authority: DE
Inventors: Florian Schulz
Original assignee: Kendrion Villingen GmbH
Current assignee: Kendrion Villingen GmbH
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2040-09-17
Also published as: DE102020124188B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Parksperre (1) zum Feststellen eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuggetriebes, aufweisend ein Kolben (30) zum mechanischen Sperren des Getriebes, ein Kolbengehäuse (50), in dem der Kolben (30) entlang einer Längsachse (X) beweglich angeordnet ist, ein Druckraum (40), in den ein Druckmittel zum Bewegen des Kolbens (30) einleitbar ist, ein elektromagnetischer Aktor (10) mit einem beweglichen Ankerstößel (15), der zum Feststellen oder Freigeben des Kolbens (30) mit dem Kolben (30) zusammenwirken kann, wobei eine auf den Kolben (30) wirkende erste Rückstellfeder (60) vorgesehen ist, und wobei eine zweite Rückstellfeder (65) vorgesehen ist, die die wirkungsgleich mit der ersten Rückstellfeder auf den Kolben (30) einwirkt. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Getriebe mit einer Parksperre (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Parksperre zum Feststellen eines Getriebes, insbesondere zum Feststellen eines automatischen Getriebes eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 23.
Parksperren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen vorbekannt, z.B. aus WO 2020 119 980 A1 oder DE 10 2019 114 563 A1 , und dienen üblicherweise der Betätigung einer mechanisch wirkenden Sperreinrichtung, durch die das Getriebe eines Kraftfahrzeuges, insbesondere das automatische Getriebe eines Kraftfahrzeuges blockiert werden kann. Hierzu kann die Parksperre in eine das Getriebe freigebende erste Position und eine das Getriebe sperrende zweite Position positioniert werden, in der beispielsweise eine Sperrklinke oder ein Bolzen in ein Sperrrad des automatischen Getriebes greift und somit das automatische Getriebe in einer Parkposition mechanisch blockiert.
Zur Betätigung der vorbekannten Parksperren werden elektrohydraulische Parksperren vorgeschlagen, welche sich dadurch auszeichnen, dass die Parksperre einerseits, beispielsweise mittels eines Federspeichers, vorgespannt ist und die Parksperre mittels eines über ein Druckmedium, in der Regel Hydrauliköl, hydraulisch betätigten Kolbens entsperrt werden kann. Dabei wird regelmäßig eine über einen elektromagnetisch betriebenen Aktor betätigbare Verriegelungseinrichtung vorgesehen, durch welche ein ungewolltes Betätigen der Parksperre verhindert ist.
Als problematisch an dem Stand der Technik hat sich herausgestellt, dass die vorbekannten Parksperren dauerfest ausgelegt sein müssen. Dies bedeutet, dass die Parksperre auch bei sehr langen Betriebsdauern sicher ihre Verriegelungswirkung beibehält. Aus sicherheitstechnischen Gründen muss deshalb gewährleistet sein, dass die Parksperre auch nach jahrelangem Betrieb weiter funktionsfähig ist. Ein Schwachpunkt hierbei ist insbesondere die den hydraulisch bewegbaren Betätigungskolben in der Parksperre rückstellende Druckfeder. Diese darf kein, oder nur so wenig Setzverhalten wie möglich über die Lebensdauer der Parksperre aufweisen, da sonst die erforderlichen Betriebspunkte der Parksperre nicht mehr eingehalten werden können. Die kritischen Betriebspunkte bei einer Parksperre befinden sich am Hubanfang, also bei völlig zurückgezogenem Betätigungskolben, sowie bei einer ausgefahrenen Stellung, bei der ein mit dem Betätigungskolben der Parksperre gekoppelter Sperrklinken- oder Bolzenmechanismus im Kraftfahrzeug greift. Dieser zweite Betriebspunkt liegt in der Regel nach einem kurzen Hubweg von wenigen Millimetern hinter der Hubanfangsstellung.
Um eine ausreichend dauerfeste Druckfeder zu realisieren, könnte diese theoretisch zwar einen verhältnismäßig dicken Drahtdurchmesser aufweisen. Eine solche Rückstellfeder ist nachteiliger Weise nicht nur besonders schwer, sondern auch in ihrer Federkonstante zu steif, so dass die erforderlichen Betriebspunkte nicht eingehalten werden können.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine in zweckmäßiger Weise verbesserte Parksperre bereitzustellen, um die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beseitigen. Die Parksperre soll über eine lange Betriebsdauer funktionsfähig sein, bei der ein etwaiges Setzverhalten einer sich in der Parksperre befindenden Rückstellfeder geringgehalten ist.
Die Lösung dieser Aufgaben wird durch eine Parksperre mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Parksperre mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 zum Feststellen eines Getriebes, insbesondere eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs, weist einen Kolben zum mechanischen Sperren des Getriebes, ein Kolbengehäuse, in dem der Kolben entlang einer Längsachse beweglich angeordnet ist und einen Druckraum, in dem ein Druckmittel zum Bewegen des Kolbens einhaltbar ist, auf. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Parksperre einen elektromagnetischen Aktor mit einem beweglichen Ankerstößel auf, der zum Feststellen oder Freigeben des Kolbens mit dem Kolben zusammenwirken kann, wobei der elektromagnetische Aktor bevorzugt über eine Rasteinrichtung den Kolben in eine erste Position und in eine zweiten Position formschlüssig festlegen kann. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine auf den Kolben wirkende erste Rückstellfeder vorgesehen ist und dass eine zweite Rückstellfeder vorgesehen ist, die wirkungsgleich mit der ersten Rückstellfeder auf den Kolben einwirken kann.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, dass das Setzverhalten der Rückstellfeder reduziert werden kann, in dem anstelle einer großen Rückstellfeder mit einer großen Federsteifigkeit zwei Rückstellfedern verwendet werden, wodurch die Spannungen innerhalb der Rückstellfeder reduziert werden können und in diesem Zuge das Setzverhalten jeder der einzelnen Rückstellfedern verbessert wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die erste Rückstellfeder eine erste Federkonstante K1 und die zweite Rückstellfeder eine zweite Federkonstante K2 auf, wobei die erste Federkonstante K1 ungleich der zweiten Federkonstante K2 ist. Bevorzugt ist das Verhältnis zwischen den beiden Federkonstanten mindestens 1:1½, weiter bevorzugt 1:2, noch weiter bevorzugt 1:3. Demnach kann beispielsweise eine der Rückstellfedern eine Federkonstante von ca. 1 N/mm aufweisen und die andere Rückstellfeder eine Federkonstante von ca. 3 N/mm, wodurch die derart gebildete Doppelfeder eine Gesamt-Federkonstante von ca. 4 N/mm aufweist. Bei einer derartigen Kombination reduziert sich der Setzverlust von ca. 13 % auf ca. 5 %, wodurch trotz einer geringeren Dimensionierung der Rückstellfedern des Betriebsbereichs eingehalten wird und die Parksperre über die gesamte Betriebsdauer funktionsfähig bleibt.
Nach Maßgabe einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die erste Rückstellfeder und die zweite Rückstellfeder koaxial zueinander angeordnet. Bevorzugt sind die erste Rückstellfeder und die zweite Rückstellfeder koaxial zu der Längsachse und somit koaxial entlang eines Hubweges des beweglichen Kolbens angeordnet, wodurch keine ungünstigen Kräfte zusätzlich auf die Rückstellfeder einwirken.
Darüber hinaus kann gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ein Drahtdurchmesser der ersten Rückstellfeder kleiner sein als ein Drahtdurchmesser der zweiten Rückstellfeder oder vice versa. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn ein Verhältnis zwischen den beiden Drahtdurchmessern mindestens 1:1¼, weiter bevorzugt 1:1½, noch weiter bevorzugt 1:2 oder mehr beträgt. Darüber hinaus kann weiterhin die Anzahl der Windungen der beiden Rückstellfedern unterschiedlich groß gewählt sein. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Rückstellfeder mit dem kleineren Drahtdurchmesser eine größere Anzahl von Bindungen aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die erste Rückstellfeder und die zweite Rückstellfeder entlang der Längsachse radial beabstandet angeordnet sein bzw. radial ineinander liegend angeordnet sein. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die erste Rückstellfeder einen ersten Endbereich und einen zweiten Endbereich aufweist und die zweite Rückstellfeder einen ersten Endbereich und einen zweiten Endbereich aufweist, wobei die jeweiligen Endbereiche der ersten Rückstellfeder und der zweiten Rückstellfeder fluchtend zueinander angeordnet sind, und die beiden Rückstellfedern koaxial und radial beabstandet zueinander angeordnet sind. Der radiale Abstand zwischen der ersten Rückstellfeder und der zweiten Rückstellfeder ist vorzugsweise kleiner als die Hälfte der Durchmesseränderung zwischen dem gespannten Zustand der Rückstellfeder und dem ungespannten Zustand der Rückstellfeder. Daraus ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass zwischen der ersten Rückstellfeder und der zweiten Rückstellfeder ein Abstandshalter angeordnet ist. Der Abstandshalter kann in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Hülse sein, an der die erste Rückstellfeder oder die zweite Rückstellfeder in dem gespannten Zustand in der Längsachse zumindest abschnittsweise anliegt. Der Abstandshalter kann in einer Ausgestaltung verhindern, dass eine oder mehrere Windungen der ersten Rückstellfeder zwischen die Windungen der zweiten Rückstellfeder oder vice versa eintauchen kann bzw. können und kann weiterhin eine Ausweichbewegung der jeweiligen Rückstellfeder in dem gespannten Zustand verhindern.
Eine bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die erste Rückstellfeder und/oder die zweite Rückstellfeder auf der von dem Druckraum abgewandten Seite des Kolbens auf den Kolben einwirken bzw. einwirkt. Die auf der von dem Druckraum abgewandten Seite des Kolbens angeordneten Rückstellfedern können in dieser Ausgestaltung als eine Druckfeder ausgebildet sein. Gleichwohl, so wird an dieser Stelle angemerkt, kann eine der Rückstellfedern in dem Druckraum angeordnet sein und die andere Rückstellfeder auf der von dem Druckraum abgewandten Seite des Kolbens. Ebenso ist es denkbar, dass beide Rückstellfedern in dem Druckraum angeordnet sind, wobei die jeweilige Rückstellfeder in dem Druckraum vorzugsweise als eine Zugfeder ausgebildet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste Rückstellfeder und/oder die zweite Rückstellfeder an dem Kolbengehäuse abgestützt sind bzw. ist. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Kolbengehäuse einen Gehäusedeckel mit einer Öffnung umfasst, wobei die erste Rückstellfeder und/oder die zweite Rückstellfeder an dem Gehäusedeckel abgestützt sind bzw. ist. Der Gehäusedeckel kann form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Kolbengehäuse verbunden sein, wobei der Gehäusedeckel nach dem Einsetzen des Kolbens in das Kolbengehäuse das Kolbengehäuse gegenüber dem Kolben verschließt.
Zwischen der ersten Rückstellfeder und/oder der zweiten Rückstellfeder und dem Gehäusedeckel kann weiterhin in einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Parksperre eine Stützhülse angeordnet sein, wobei die Stützhülse aus einem widerstandsfähigeren Werkstoff gebildet sein kann als das Kolbengehäuse bzw. als der Gehäusedeckel des Kolbengehäuses. Durch die Verwendung eines widerstandsfähigeren Werkstoffes in dem Kontaktbereich der ersten Rückstellfeder und/oder der zweiten Rückstellfeder ist es insbesondere möglich, für das Kolbengehäuse einen Leichtbauwerkstoff zu verwenden, wodurch Gewichtsreduzierungen ermöglicht werden können.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Kolben eine Kolbenstange aufweist, und wenn die Kolbenstange die Öffnung durchgreift. Die Kolbenstange kann vorzugsweise feststehend mit dem Kolben in Verbindung sein, wobei die Kolbenstange mit einem Sperrmechanismus beispielsweise eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeuges in Verbindung stehen kann. Die Kolbenstange betätigt in einer derartigen Konfiguration eine Speerklinke, welche in ein Zahnrad des Automatikgetriebes eingreifen kann, um das Kraftfahrzeug bei Bedarf festlegen zu können.
Bevorzugt ist die Kolbenstange zumindest abschnittsweise als ein Hohlkörper ausgebildet. Die Kolbenstange kann endseitig hohlzylindrisch ausgebildet sein und einen anderen Bestandteil des Kolbens, beispielweise ein Kolbenmittelteil, zur Bildung einer Verbindung übergreifen. Durch die hohle oder hohlzylindrische Bauweise werden Gewichtsersparnisse erreicht.
Die erste Rückstellfeder und/oder die zweite Rückstellfeder können bzw. kann in einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung an der Kolbenstange gestützt angeordnet sein. Durch die gestützte Anordnung an der Kolbenstange umreift die erste Rückstellfeder und/oder die zweite Rückstellfeder die Kolbenstange und eine Ausweichbewegung der jeweiligen Rückstellfeder, beispielsweise im gespannten Zustand, kann unterbunden werden.
Das Kolbengehäuse kann aus einem Kunststoff hergestellt sein, wodurch eine leichtbaugerechte Parksperre bereitgestellt werden kann.
Nach Maßgabe einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst der Kolben weiterhin ein Kolbendruckstück, wobei mittels des Kolbendruckstücks der Kolben mit dem elektromagnetischen Aktor in Wirkverbindung steht. Das Kolbendruckstück ist bevorzugt auf der von der Kolbenstange abgewandten Seite angeordnet. Das Kolbendruckstück kann weiterhin hülsenförmig oder rohrförmig ausgebildet sein und einerseits den Druckraum nach innen - in Richtung der Längsachse - begrenzen und weiterhin den Ankerstößel zumindest bereichsweise derart umgreifen, dass die durch den Ankerstößel betätigte Verriegelungseinrichtung einen Formschluss zwischen dem Kolbendruckstück und dem elektromagnetischen Aktor bilden kann.
Zweckmäßigerweise kann das Kolbendruckstück an dem Kolben feststehend angeordnet sein. Das Kolbendruckstück kann vorzugsweise aus Festigkeitsgründen aus Metall hergestellt sein. Andere Bestandteile des Kolbens können dagegen aus Kunststoff, gegebenenfalls faserverstärktem Kunststoff, gebildet sein. Das Kolbendruckstück kann ferner mit den anderen Bestandteil(en) des Kolbens mittels einer Ultraschweißverbindung oder einer Spritzgussverbindung verbunden sein.
Das Kolbendruckstück ist gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Gehäuse mittels einer Dichtung abgedichtet, wobei die Dichtung den Druckraum mediendicht verschließt. Die Dichtung ist dabei fest mit dem Kolbengehäuse verbunden, weshalb Druckkräfte in dem Druckraum lediglich auf das Kolbengehäuse und den Kolben wirken, jedoch nicht auf den elektromagnetischen Aktor oder die Verriegelungseinrichtung.
Um eine gute Abdichtung zu erreichen, kann die Dichtung eine Stangendichtung, insbesondere einer Lippendichtung, sein. Gemäß einer Weiterbildung kann die Dichtung zwischen einem von dem Kolbengehäuse zu der Längsachse ragenden, umlaufenden Bund und einer Außenwandung des Kolbendruckstücks angeordnet sein. Die Abdichtung zwischen dem Kolben und der Innenwandung des Gehäuses der Parksperre kann dagegen durch eine übliche Kolbendichtung, beispielsweise durch einen zwischen der Außenwandung des Kolbens und der Innenwandung des Gehäuses der Parksperre liegenden O-Ring realisiert sein. Durch den umlaufenden Bund wird der effektive Durchmesser, in dem die Dichtung angeordnet ist reduziert, wodurch geringere Druckkräfte auf die Dichtung einwirken.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Kolbengehäuse über eine Aufnahmehülse mit dem elektromagnetischen Aktor verbunden ist. Die Aufnahmehülse verbindet vorzugsweise einen Poldeckel des elektromagnetischen Aktors mit dem Kolbengehäuse, wobei die Aufnahmehülse über das Kolbendruckstück ragen kann und in seiner Position auf einer Innenseite des Kolbengehäuses und an dem zu der Längsachse ragenden, umlaufenden Bund festgelegt sein kann. Vorzugsweise ist die Aufnahmehülse aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet und bildet eine Rastkulisse der Verriegelungseinrichtung aus, wobei in die Rastkulisse ein Sperrelement, insbesondere mindestens eine Rast- oder Sperrkugel, zum Formschluss zwischen der Aufnahmehülse und dem Kolbendruckstück eingreifen kann.
Der Ankerstößel kann weiterhin über die Verriegelungseinrichtung den Kolben in einer ersten Position und einer zweiten Position festlegen, wobei die Verriegelungseinrichtung die Rastkulisse mit zwei Rastausnehmungen umfasst, die in der Längsachse beabstandet angeordnet sind und die erste Position des Kolbens und die zweite Position des Kolbens vorgeben.
Die erste Rückstellfeder und/oder die zweite Rückstellfeder können bzw. kann als eine Spiralfeder ausgeführt sein und können bzw. kann weiterhin aus einem Ventilfederdraht gemäß EN ISO 10270 -2 hergestellt oder aus dem Werkstoff VDSiCrV hergestellt sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer zuvor beschriebenen Parksperre.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Parksperre zum Feststellen eines Getriebes, insbesondere eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges im Detail beschrieben. Es zeigen

1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Parksperre, und
2 eine Detaildarstellung der Parksperre gemäß 1.

Nachfolgend werden gleiche oder funktional gleiche Bauteile in dem einem Ausführungsbeispiel mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Übersichtlichkeit halber sind in den einzelnen Figuren nicht alle gleichen oder funktional gleichen Teile mit einer Bezugsziffer versehen.
1 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Parksperre 1 zum Feststellen eines (nicht dargestellten) Getriebes, insbesondere eines (nicht dargestellten) Automatikgetriebes eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs.
Die Parksperre 1 umfasst einen elektromagnetischen Aktor 10, eine Verriegelungseinrichtung 20, ein Kolben 30, sowie ein Kolbengehäuse 50. Die Parksperre 1 weist eine Längsachse X auf, wobei der Kolben 30 in dem Kolbengehäuse 50 entlang der Längsachse X beweglich ist.
Das Kolbengehäuse 50 kann aus einem Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt sein und weist eine Durchgangsöffnung 56 auf, welche sich zwischen einem ersten Endbereich und einem zweiten Endbereich erstreckt. In dem ersten Endbereich des Kolbengehäuses 50 ist das Kolbengehäuse 50 mit dem elektromagnetischen Aktor 10 verbunden, währenddessen aus dem zweiten Endbereich der Kolben 30 durch eine Öffnung 57 ragt. In dem zweiten Endbereich kann das Kolbengehäuse 50 einen Gehäusedeckel 55 aufweisen, der vorzugsweise formschlüssig und oder kraftschlüssig mit dem Kolbengehäuse 50 verbunden ist.
In der Durchgangsöffnung 56 ist der Kolben 30 hubbeweglich angeordnet. Der Kolben 30 kann ein Kolbenmittelteil 31, eine Kolbenstange 32, ein Kolbendruckstück 34 und eine Kolbendichtung 35 umfassen. Das Kolbendruckstück 34, das Kolbenmittelteil 31 und die Kolbenstange 32 können feststehend verbunden sein, wobei das Kolbendruckstück 34 und/oder die Kolbenstange 32 aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein können bzw. kann, während dessen das Kolbenmittelteil 31 aus einem Kunststoff oder faserverstärkten Kunststoff hergestellt sein kann.
Das Kolbenmittelteil 31 ist T-förmig als ein Rohrelement ausgebildet und weist in einem ersten Endbereich eine zentrische Ausnehmung und einen Flansch auf. In der zentrischen Ausnehmung ist das Kolbendruckstück 34 feststehend mit dem Kolbenmittelteil 31 verbunden. Auf einer dem Kolbengehäuse 50 zugewandten Mantelfläche des Flansches weist das Kolbenmittelteil 31 eine Ringnut auf, in welcher eine Kolbendichtung 35, welche beispielsweise aus einem O-Ring gebildet ist, angeordnet ist. In einem zweiten Endbereich weist das Kolbenmittelteil 31 einen abstehenden Rohrabschnitt auf, auf welchem die Kolbenstange 32 aufgesetzt ist.
Die Kolbenstange 32 kann leichtbaugerecht zumindest abschnittsweise hohl oder hohlzylindrisch ausgebildet sein und kann in einem ersten Endbereich einen abstehenden Kranz aufweisen, der an dem Kolbenmittelteil 31, insbesondere an dem Flansch anliegt. Die Kolbenstange 32 tritt durch die Öffnung 57 aus der Durchgangsöffnung 56 in dem zweiten Endbereich des Kolbengehäuses 50 aus dem Kolbengehäuse 50 aus, wobei die Kolbenstange mittels einer Stützhülse 58 nach Art eines Gleitlagers in der Öffnung geführt ist. Die Stützhülse 58 ist L-förmig und liegt mit einer Flanschfläche axial innen an dem Kolbengehäuse 50 bzw. an dem Gehäusedeckel 55 an.
Das Kolbendruckstück 34 steht rohr- oder hülsenförmig von dem Kolbenmittelteil 31 ab und weist im Bereich eines freien Endes eine oder mehrere Ausnehmungen 36 auf, die jeweils einen Käfig für ein später im Detail beschriebenes Sperrelement 25 bilden.
Die Parksperre 1 weist ferner einen Druckraum 40, eine erste Rückstellfeder 60 und eine zweite Rückstellfeder 65 auf, die innerhalb der Durchgangsöffnung 56 angeordnet sind.
Der Druckraum 40 ist in dem Kolbengehäuse 50 angeordnet und wird von dem Kolbengehäuse 50 und dem Kolben 30 eingeschlossen. Über mindestens eine (nicht dargestellte) Einbringöffnung kann ein (nicht dargestelltes) Druckmittel, vorzugsweise Hydrauliköl, zum Bewegen bzw. Verschieben des Kolbens 30 entlang der Längsachse X aus einer ersten Position, dargestellt in 1, in eine zweite (nicht dargestellte) Position eingebracht werden. Der Kolben 30 kann in die entgegengesetzte Richtung durch die erste Rückstellfeder 60 und die zweite Rückstellfeder 65 in die erste Position (Ausgangslage) zurückbewegt werden, wobei das Druckmittel aus dem Druckraum 40 verdrängt wird.
Die erste Rückstellfeder 60 und die zweite Rückstellfeder 65 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel spiralförmige Druckfedern und stützen den Kolben 30 in der Längsachse X an dem Kolbengehäuse 50 ab. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Rückstellfeder 60 und die zweite Rückstellfeder 65 auf der von dem Druckraum 40 abgewandten Seite des Kolbens 30 angeordnet und liegen einenends an dem Kolben 30, insbesondere an dem Kranz der Kolbenstange 32, und anderenends an dem Kolbengehäuse 50 bzw. dem Gehäusedeckel 55 an. Wie in 1 gezeigt ist, kann die Stützhülse 58 die die erste Rückstellfeder 60 und die zweite Rückstellfeder 65 am dem Gehäusedeckel 55 abstützen.
Der Druckraum 40 wird durch das Kolbengehäuse 50 und den Kolben 30 eingeschlossen. Von dem Kolbengehäuse 50 steht in der Durchgangsöffnung 56, vorzugsweise beabstandet von dem ersten Endbereich, ein umlaufender Bund 52 in Richtung der Längsachse X in die Durchgangsöffnung 56. In einem Ringspalt zwischen dem umlaufenden Bund 52 und dem Kolben 30 bzw. dem Kolbendruckstück 34 ist eine Dichtung 75 angeordnet, wodurch der Druckraum 40 in Richtung des ersten Endbereichs des Kolbengehäuses 50 verschlossen bzw. abgedichtet ist.
Die erste Rückstellfeder 60 und die zweite Rückstellfeder 65 können aus dem gleichen Werkstoff, vorzugsweise aus einem ölschlussvergüteten Federstahldraht nach EN 10270-2, weiter bevorzugt aus VDSiCr, hergestellt sein.
Die erste Rückstellfeder 60 weist einen Drahtdurchmesser D1, einen Innendurchmesser DI1 und einen Außendurchmesser DA1 und N1 Windungen auf. Die zweite Rückstellfeder 60 weist einen Drahtdurchmesser D2, einen Innendurchmesser DI2, einen Außendurchmesser DA2 und N2 Windungen auf. Es wird hier angemerkt, dass die Drahtdurchmesser, Innendurchmesser und Außendurchmesser auf den entspannten Zustand der jeweiligen Rückstellfeder bezogen sind.
Die erste Rückstellfeder 60 und die zweite Rückstellfeder 65 sind koaxial und parallel zu der Längsachse X angeordnet, wobei - wie in 1 gezeigt ist - die erste Rückstellfeder 60 radial nach innen innerhalb der zweiten Rückstellfeder 65 angeordnet ist.
Der Außendurchmesser DA1 der ersten Rückstellfeder 60 ist folglich kleiner als der Innendurchmesser DI2 der zweite Rückstellfeder 65 und die erste Rückstellfeder 60 und die zweite Rückstellfeder 65 sind in einer radialen Richtung, bezogen auf die Längsachse X, zueinander beabstandet angeordnet. Gemäß einer nicht dargestellten Weiterbildung kann beispielsweise zwischen der ersten Rückstellfeder 60 und der zweiten Rückstellfeder 65 eine (nicht dargestellte) Abstandshülse angeordnet sein.
Die erste Rückstellfeder 60 weist eine erste Federkonstante K1 und die zweite Rückstellfeder 65 eine zweite Federkonstante K2 auf, wobei die Federkonstanten K1, K2 ungleich sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Federkonstante K2 größer als die erste Federkonstante K1. In einer bevorzugten Ausgestaltung können die Federkonstanten K1, K2 folgendes Verhältnis aufweisen: $1,25 \cdot K 1 \leq K 2 \leq 4 \cdot K 1.$
An dieser Stelle wird angemerkt, dass es ebenfalls möglich ist, dass die erste Rückstellfeder und die zweite Rückstellfeder die gleiche Federkonstante aufweisen.
Durch die zwei parallel geschalteten Rückstellfedern 60, 61 werden die Spannungen innerhalb der Druckfedern reduziert, wodurch das Setzverhalten verbessert wird.
Die erste Rückstellfeder 60 kann auf der Kolbenstange 32 aufgefädelt sein, wodurch eine Ausweichbewegung der Rückstellfeder 60 im gespannten (zusammengedrückten) Zustand verhindert werden kann.
Der elektromagnetische Aktor 10 umfasst eine bestrombare Erregerspule 11, einen Anker 12, einen Poldeckel 13, einen Ankerstößel 15, eine Aktorrückstellfeder 16 und ein Aktorgehäuse 17.
Der elektromagnetische Aktor 10 ist nach Art eines Einfachhubmagneten ausgebildet, der durch eine elektromagnetische Kraftwirkung der bestromten Erregerspule 11 eine lineare Bewegung des Ankers 12 und eines mit dem Anker 12 verbundenen Ankerstößels 15 in der Längsachse X von einer Aktoranfangslage - welche in 1 dargestellt ist - in eine Aktorendlage (nicht dargestellt) ausführt. Die Rückstellung erfolgt durch die Federkraft der Aktorrückstellfeder 16.
Das Aktorgehäuse 17 ist an einem ersten und freien Endbereich des elektromagnetischen Aktors 10 und der Poldeckel 13 auf der dem Kolbengehäuse 50 zugewandten Seite des elektromagnetischen Aktors 10 angeordnet. Das Aktorgehäuse 17 und der Poldeckel 13 können einstückig ausgebildet sein und sind aus einem magnetischen und metallischen Werkstoff hergestellt und dienen der Führung des magnetischen Flusses, der aus einer Bestromung der Erregerspule 11 resultiert. Ein Hülsenabschnitt des Poldeckels 13 ragt in einem zweiten Endbereich frei in der Längsachse X in Richtung des Kolbengehäuses 50 und gibt mittels eines Innenbundes die Hubanfangslage des Ankers 12 vor.
Der Ankerstößel 15 ist mit dem Anker 12 verbunden und ist einenends auf einem ersten Endbereich des elektromagnetischen Aktors 10 in einer Durchgangsbohrung in dem Aktorgehäuse 17 gelagert und anderenends in dem Poldeckel 13. Auf dem Ankerstößel 15 ist in einem zweiten Endbereich ein erster Spreizkonus 21 und ein zweiter Spreizkonus 22 zueinander beabstandet angeordnet.
Der elektromagnetische Aktor 10 ist mit dem Kolbengehäuse 50 mittels Aufnahmehülse 70 verbunden, wobei die Aufnahmehülse 70 einenends beispielsweise auf den Poldeckel 13 aufgepresst sein kann. Die Verbindung zwischen der Aufnahmehülse 70 und dem Poldeckel 13 kann zum Toleranzausgleich verwendet werden. Der zweite Endbereich des Ankerstößels 15 mit dem ersten Spreizkonus 21 und dem zweiten Spreizkonus 22 ragt in die Aufnahmehülse 70.
Die Aufnahmehülse 70 umgibt entlang der Längsachse X das Kolbendruckstück 34, wobei das Kolbendruckstück 34 zwischen der Aufnahmehülse 70 und dem zweiten Endbereich des Ankerstößels 15, angeordnet ist. Ferner weist die Aufnahmehülse 70 auf der dem Kolbendruckstück 34 zugewandten Seite eine erste Rastausnehmung 27 und eine zweite Rastausnehmung 28 auf. Die erste Rastausnehmung 27 und die zweite Rastausnehmung 28 sind in der Längsachse X beabstandet, wobei der Abstand zwischen den Rastausnehmungen einem Kolbenhub zwischen der ersten Position und der zweiten Position entspricht.
Anderenends ragt die Aufnahmehülse 70 in die Durchgangsöffnung 56 des Kolbengehäuses 50 und kann an dem Bund 52 anliegen. Die Aufnahmehülse 70 kann aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein.
Bei einer Bestromung der Erregerspule 11 wird der Anker 12 zusammen mit dem Ankerstößel 15 von der Hubanfangslage entlang der Längsachse X gegen die Kraft der Aktorrückstellfeder 16 bewegt. Die Aktorrückstellfeder 16 ist einenends in dem Aktorgehäuse 17 und anderenends an dem Anker 12 abgestützt.
Der elektromagnetische Aktor 10 ist eingerichtet, den Kolben 30 mittels der Verriegelungseinrichtung 20 in der ersten Position - siehe 1 - und in der zweiten Position festzustellen.
Die Verriegelungseinrichtung umfasst die Rastausnehmungen 27, 28, das Sperrelement 25, sowie einen ersten Spreizkonus 21 und einen zweiten Spreizkonus 22, die auf dem Ankerstößel 15 angeordnet sind. Das Sperrelement 25 ist in der Ausnehmung 36 zusammen mit dem Kolben 30 bzw. dem Kolbendruckstück beweglich und kann zum Festlegen des Kolbens 30 in der ersten Position durch den ersten Spreizkonus 21 in die erste Rastausnehmung 27 eingreifen und zum Festlegen des Kolbens 30 in der zweiten Position durch den zweiten Spreizkonus 22 in die zweite Rastausnehmung 28 eingreifen. Sobald das Sperrelement 25 in die jeweilige Rastausnehmung 27, 28 taucht, wird ein Formschluss gebildet, durch den der Kolben in seiner Position festgelegt ist.
Zum Lösen des Formschlusses wird der elektromagnetische Aktor 10 bestromt, wodurch der erste Spreizkonus 21 und der zweite Spreizkonus 22 in der Längsachse X verschoben werden und das Sperrelement 25 aus der jeweiligen Rastausnehmung 27, 28 austauchen kann.
Bezugszeichenliste

1: Parksperre
10: Aktor
11: Erregerspule
12: Anker
13: Poldeckel
15: Ankerstößel
16: Aktorrückstellfeder
17: Aktorgehäuse
20: Verriegelungseinrichtung
21: Spreizkonus
22: Spreizkonus
25: Sperrelement
27: Rastausnehmung
28: Rastausnehmung
30: Kolben
31: Kolbendichtung
32: Kolbenstange
34: Kolbendruckstück
36: Ausnehmung
40: Druckraum
50: Kolbengehäuse
52: Bund
55: Gehäusedeckel
56: Durchgangsöffnung
57: Öffnung
58: Stützhülse
60: erste Rückstellfeder
65: zweite Rückstellfeder
70: Aufnahmehülse
75: Dichtung
D1: Drahtdurchmesser von 60
D2: Drahtdurchmesser von 65
DI1: Federinnendurchmesser von 60
DI2: Federinnendurchmesser von 65
DA1: Federaußendurchmesser von 60
DA2: Federaußendurchmesser von 65
K1: Federkonstante von 60
K2: Federkonstante von 65
N1: Anzahl der Windungen von 65
N2: Anzahl der Windungen von 65
X: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2020119980 A1 [0002]
DE 102019114563 A1 [0002]

Claims

Parksperre (1) zum Feststellen eines Getriebes, insbesondere eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs, aufweisend - einen Kolben (30) zum mechanischen Sperren des Getriebes, - ein Kolbengehäuse (50), in dem der Kolben (30) entlang einer Längsachse (X) beweglich angeordnet ist, - einen Druckraum (40), in den ein Druckmittel zum Bewegen des Kolbens (30) einleitbar ist, - einen elektromagnetischen Aktor (10) mit einem beweglichen Ankerstößel (15), der zum Feststellen oder Freigeben des Kolbens (30) mit dem Kolben (30) zusammenwirken kann, - wobei eine auf den Kolben (30) wirkende erste Rückstellfeder (60) vorgesehen ist, und - wobei eine zweite Rückstellfeder (65) vorgesehen ist, die wirkungsgleich mit der ersten Rückstellfeder auf den Kolben (30) einwirkt.
Parksperre (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder (60) eine erste Federkonstante (K1) und die zweite Rückstellfeder (65) eine zweite Federkonstante (K2) aufweist und dass die erste Federkontante (K1) ungleich der zweiten Federkontante (K2) ist, also K1 + K2.
Parksperre (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder (60) und die zweite Rückstellfeder (65) koaxial zueinander angeordnet sind.
Parksperre (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drahtdurchmesser (D1) der ersten Rückstellfeder (60) kleiner ist als ein Drahtdurchmesser (D2) der zweiten Rückstellfeder (65) und/oder dass die erste Rückstellfeder (60) mehr Windungen aufweist als die zweite Rückstellfeder (65).
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder (60) und die zweite Rückstellfeder (65) entlang der Längsachse (X) radial beabstandet angeordnet sind.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Rückstellfeder (60) und der zweiten Rückstellfeder (65) ein Abstandshalter angeordnet ist.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder (60) und/oder die zweite Rückstellfeder (65) auf der von dem Druckraum (40) abgewandten Seite des Kolbens (30) auf den Kolben (30) einwirken.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder (60) und/oder die zweite Rückstellfeder (65) an dem Kolbengehäuse (50) abgestützt sind.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbengehäuse (50) einen Gehäusedeckel (55) mit einer Durchgangsöffnung (56) umfasst, und dass die erste Rückstellfeder (60) und/oder die zweite Rückstellfeder (65) an dem Gehäusedeckel (55) abgestützt sind bzw. ist.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Rückstellfeder (60) und/oder der zweiten Rückstellfeder (65) und dem Gehäusedeckel (55) eine Stützhülse (58) angeordnet ist.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (30) eine Kolbenstange (32) aufweist, und dass die Kolbenstange (32) die Durchgangsöffnung (56) durchgreift.
Parksperre (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder (60) oder die zweite Rückstellfeder (65) an der Kolbenstange (32) gestützt angeordnet ist.
Parksperre (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (32) zumindest abschnittsweise als Hohlkörper ausgebildet ist.
Parksperre nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbengehäuse (50) aus einem Kunststoff hergestellt ist.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (30) ein Kolbendruckstück (34) umfasst, und dass der Kolben (30) über das Kolbendruckstück (34) mit dem elektromagnetischer Aktor (10) gekoppelt ist.
Parksperre (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbendruckstück (34) an dem Kolben (30) feststehend angeordnet ist.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbendruckstück (34) gegenüber dem Kolbengehäuse (50) mittels einer Dichtung (75), insbesondere einer Lippendichtung, abgedichtet ist.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (75) zwischen einem zur Längsachse (X) ragenden umlaufenden Bund (52) des Kolbengehäuses (50) dem Kolbendruckstücks (34) angeordnet ist.
Parksperre (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbendruckstück (34) aus Metall und der Kolben (30) aus Kunststoff besteht, wobei der Kolben (30) auf dem Kolbendruckstück (34) mittels einer Ultraschallschweißverbindung oder einer Spritzgussverbindung aufsitzt, oder dass das Kolbendruckstück (34) und der Kolben (30) einstückig ausgebildet sind.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbengehäuse (50) über eine Aufnahmehülse (70) mit dem elektromagnetischen Aktor (10) verbunden ist.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerstößel (15) über eine Verriegelungseinrichtung (20) den Kolben (30) in einer ersten Position und einer zweiten Position in der Längsachse (X) festlegen kann.
Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder (60) und/oder die zweite Rückstellfeder (65) eine Spiralfeder sind bzw. ist und dass die erste Rückstellfeder (60) und/oder die zweite Rückstellfeder (65) vorzugsweise aus Ventilfederdraht gemäß EN10270-2 ausgebildet sind bzw. ist und/oder aus dem Werkstoff VDSiCrV hergestellt sind bzw. ist.
Getriebe mit einer Parksperre (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche.